НЕРУЙНІВНІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МІЦНІСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ БЕТОНУ. ЇХ ВАЖЛИВІСТЬ ТА СКЛАДНОЩІ ПРАВИЛЬНОГО ЗАСТОСУВАННЯ

Розрахунок несучої здатності залізобетонної конструкції здійснюється, виходячи з її геометричних розмірів, схеми армування, а також значення основної механічної характеристики бетону – параметру міцності на стиск. Зразки для контрольних випробувань даного параметру формуються під час виготовлення бетонної суміші на заводі-виробнику, а також під час формування конструкцій на будівельному майданчику з даної бетонної суміші. Існує також спосіб оцінки значення параметру міцності бетону на стиск безпосередньо в конструкціях – за допомогою застосування неруйнівних методів контролю. Перевагою даних методів є їхня відносна легкість для масового застосування, недоліком – висока імовірність отримання недостовірних результатів, для уникнення чого необхідно строго дотримуватись певних норм процедури випробування.

Бетон є багатокомпонентним, складним за структурою матеріалом, механічні властивості якого вимірюють на зразку об’ємом не менше 1 дм3, і які залежать від великої кількості технологічних факторів виготовлення – співвідношення компонентів, їх якісних характеристик, параметрів технологічних режимів перемішування, формування, ущільнення і твердіння бетонної суміші. Тому механічні властивості готового бетону, при великому об’ємі виготовлення, характеризуються високою неоднорідністю, що зумовлює великий ступінь ризику появи браку (продукції з заниженими показниками міцності на стиск). На заводах з виготовлення бетонної суміші обов’язковим є вибірковий активний контроль якості готової продукції – з кожного замісу бетону виготовлюється серії з не менше як 4-х зразків, які в проектному віці випробовуються на стиск на пресі. Окрім того, проводиться строгий контроль постійності технологічних параметрів виготовлення бетонної суміші.

Кожен заміс бетонної суміші, що поступає на об’єкт монолітного будівництва із заводу в автобетоновозі, має паспорт, в якому основною характеристикою зазначено клас бетонної суміші по міцності на стиск – наприклад, С25. Дана характеристика означає, що при виготовлені бетонних конструкцій з даного замісу за стандартною технологією (якісне віброущільнення – тим триваліше, чим менш рухливою є бетонна суміш, а також при температурі 20°С та відносній вологості 90 % зовнішнього середовища під час твердіння), 95 % з об’єму виготовленого бетону матиме значення параметру міцності на стиск не менше за 25 МПа.

Отже, клас бетону – це гарантоване значення міцності бетону в даному об’ємі продукції, тобто значення, нижче якого міцність бетону в даному об’ємі продукції не опуститься з високим ступенем імовірності (95 %). Але не слід вважати класом бетону в конструкціях в проектному віці значення класу з паспортних даних на бетонну суміш, що поступає на будівництво. Для того, щоб клас бетону готових конструкцій відповідав заявленому класу бетонної суміші (наприклад, С25), іще необхідно дотриматись правильності виготовлення конструкцій з цієї суміші – в основному, за параметром ущільнення та параметрами тепло-вологісного режиму під час твердіння. Окрім того, нерідкими є випадки, коли бетонна суміш по своєму складу не відповідає заявленому в паспорті класу. Це може бути із причини недодавання цементу або його нижчої марки (економії даного найбільш дорогого компоненту), але найчастіше – являється результатом того, що в бетонну суміш добавляється вода, аби її рухливість не зменшилась до рівня неможливості вкладання, що трапляється під час занадто тривалого транспортування (наприклад, коли завод по виробництву суміші знаходиться на відносно великій відстані від будівельного майданчику, і бетоновози потрапляють в затори).

Згідно стандартів, під час кожної нової робочої зміни монолітного будівництва, на будівельному майданчику обов’язковим є формування серії (біля 3-х) контрольних зразків – з тих же сумішей, з яких проводиться виготовлення конструкцій. Таким чином, проводиться перевірка відповідності заявленого класу бетонної суміші міцності бетону в готових конструкцій. Але даний вид перевірки носить дуже наближений характер. По-перше, вона не носить статистичний характер (мала вибірка, яка не може відповідати за контроль всього об’єму продукції), по-друге, є висока імовірність неякісного виготовлення зразків – при відбору суміші з верху «відстояного» замісу, при відсутності ущільнення арматурним стрижнем, при зберіганні на сонці влітку або в мороз взимку під час твердіння. Все це може занизити значення міцності зразків відносно значення міцності бетону в конструкціях.

Якщо виникає необхідність точного встановлення класу бетону в сукупності виготовлених залізобетонних конструкцій, дану задачу можна виконати виключно засобами неруйнівного контролю, за результатом досить складної вимірювальної процедури, що складається з декількох етапів. При цьому обстеження повинно проводитись в достатньо великій вибірці конструкцій, що має охоплювати близько 10 % від виготовленого об’єму продукції.

Найперше, що повинен розуміти будь-який будівельник при виготовленні виробів із бетону, а особливо спеціаліст з технагляду – якщо на будівництво приїздить лабораторія і проводить визначення міцності бетону чисто неруйнівними методами (прилади на рис. 1, а, в), і при цьому зовсім не застосовує прямих випробувань міцності (таких випробувань, під час яких відбувається руйнування структури бетону – прилади на рис. 1, б, г), результати такого визначення міцності бетону не можуть бути достовірними в принципі.

Прилади методів неруйнівного контролю параметру міцності бетону на стиск

Рис. 1. Прилади методів неруйнівного контролю параметру міцності бетону на стиск:
а) молоток Шмідта (метод пружного відскоку); б) прилад методу відриву зі сколюванням;
в) прилад ультразвукового методу при поверхневому «прозвучуванні»; г) прилад методу відриву диску.

Для пояснення даного твердження без заглиблення в наукову суть питання, приведемо результати визначення міцності бетону на різних об’єктах будівництва одним і тим же приладом типу «молоток Шмідта», що реалізує неруйнівний метод «пружного відскоку». На рис. 1, а представлено зовнішній вигляд даного приладу, принцип роботи якого полягає в наступному. Потужна пружина здійснює досить сильний удар важким індентором, що має округлу форму наконечника, по поверхні бетону, після чого індентор здійснює зворотній хід (відскок) на певну довжину, вже без дії стискання пружини, тобто, «вільним ходом». Принцип методу полягає в тому, що чим міцнішим є бетон, тим твердішою є його поверхня, і тим більшою буде величина відскоку індентора.

На трьох об’єктах будівництва проводилось випробування бетону різних конструкцій одночасно двома методами, на одних і тих же ділянках бетонної поверхні. Першим методом був метод пружного відскоку, що здійснювався молотком Шмідта, що зображений на рис. 1, а. Другим методом був відрив зі сколюванням, що здійснювався за допомогою приладу, що зображений на рис. 1, б. Особливість методу відриву зі сколюванням є те, що він, фактично, є прямим – при випробуванні вимірюється сила, з яким руйнується бетон при вириванні анкеру, і тому результати вимірювання ним міцності є з високим ступенем точними, не залежно від того, яким є склад бетону. Про чисто неруйнівний метод пружного відскоку такого, нажаль, сказати не можна – що буде доведено далі на основі  результатів парного випробування даними двома методами на двох об’єктах будівництва, які в графічному вигляді представлені на рис. 2.

schema

На рис. 2 нанесено точки по двом координатам: по осі абсцис – параметр пружного відскоку, по осі ординат – параметр міцності бетону на стиск. Кожна точка відповідає парному випробуванню даних параметрів на окремій ділянці конструкції: спочатку ділянку випробовували методом відскоку (серія з 5-10 ударів), потім на ній здійснювався відрив встановленого анкеру.

На першому об’єкті, в травні 2018 р., обстежувались монолітні залізобетонні конструкції, що були виготовлені в 2003 р. Результати парного випробування ділянок конструкцій на даному об’єкті зображено незафарбованими фігурами: кружечками – в одній будівлі, трикутниками – в інший, що були виготовлені на пів року раніше. Як бачимо, результати парних випробувань в різних будівлях «лягають» на різні прямолінійні залежності, різниця між якими 4-10 МПа по міцності, в діапазоні основної маси результатів відскоку.

На другому об’єкті, в червні 2018 р., обстежувались збірні залізобетонні конструкції, що були виготовлені в 70-х роках минулого століття. Результати парного випробування ділянок конструкцій на даному об’єкті зображено зафарбованими фігурами: кружечками – залізобетонних колон та ригелів, що влаштовані між поверхами, трикутниками – залізобетонних діафрагм і балок, що розміщені на горищі. Як видно з рисунку, результати парних випробувань на різних типах конструкції накладаються на різні прямолінійні залежності, що близькі до прямолінійних залежностей першого об’єкту.

На рис. 2, за результатами випробувань на обох об’єктах, суцільними лініями нанесені дві прямолінійні залежності, що будувались методом найменших квадратів між показником пружного відскоку та параметром міцності бетону на стиск – дві градуювальні залежності для методу пружного відскоку на даних двох об’єктах. Для другого об’єкту, міцність на стиск бетону колон і ригелів визначалась по показнику відскоку за верхньою залежністю, тоді як міцність діафрагм і балок на горищі – за нижньою залежністю. Уявімо собі, що на другому об’єкті була встановлена спільна залежність для всіх типів конструкцій, що зображена на рис. 2 штрих-пунктирною лінією.

З рисунку видно, що при визначені міцності бетону усіх конструкцій за єдиною градуювальною залежністю (за прямою, що нанесена штрих-пунктиром), окремі типи конструкцій матимуть систематичні похибки визначення міцності бетону: колони та ригелі між поверхами (точки, що позначені затемненими «кружечками») матимуть виключно занижені показники, тоді як діафрагми та ригеля на горищі (точки, що позначені затемненими «трикутниками»), матимуть переважно завищені показники. Балки на горищі (три результати з міцністю в середньому 45 МПа) суттєво відрізняються по міцності від ригелів між поверхами (результати з міцністю в середньому 56 МПа), тоді як при визначенні міцності бетону по показникам пружного відскоку за єдиною градуювальною залежністю, дані конструкції мали б практично однакові результати міцності на стиск.

Пунктирними лініями на рис. 2 зображено діапазон залежностей, що надаються в технічній документації на прилад – як бачимо, побудовані на об’єктах залежності далекі від цього діапазону. Якби визначали міцність бетону навіть за самою нижньою кривою з цього діапазону за показниками відскоку, похибка визначення міцності бетону складала би близько 15 МПа (30 %) – причому, в сторону завищення результату. Найбільш імовірно, що така ситуація має місце тому, що у старого бетону відбувається карбонізація поверхні (що спричиняє її більше «утверднення», в порівняні з бетоном в усій товщі), і тому показники відскоку мають більш завищенні значення. Але навіть для конструкцій приблизно одного віку виготовлення, але виготовлених з різних за рецептурою бетонних сумішей, градуювальні залежності сильно відрізняються. На даному прикладі очевидно демонструється необхідність встановлення градуювальної залежності на кожному новому об’єкті дослідження, тобто, необхідність проведення прямих випробувань міцності разом із застосуванням чисто неруйнівних методів.

Те саме, щодо необхідності проведення прямих випробувань і побудови градуювальної залежності  на кожному новому об’єкті, стосується і інших чисто неруйнівних методів контролю, наприклад ультразвукового методу (рис. 1, в) чи методу ударного імпульсу.

Висновок

Застосування неруйнівних методів контролю міцності бетону є вкрай затребуваним в практиці будівництва, оскільки дуже часто необхідно встановити клас бетону в конструкціях, для яких немає ніяких контрольних зразків. В такому випадку необхідно визначити міцність бетону у великий кількості конструкцій, для чого неруйнівний контроль набагато здешевлює обстеження – якщо порівнювати з суцільним випробуванням «напівруйнівним» методом відриву зі сколюванням (щонайменше по два відриви на конструкцію) або з вибурюванням циліндричних зразків із тіла конструкції.

І в той же час, процедура визначення міцності бетону неруйнівними методами є досить складною і відповідальною – при застосуванні спрощеної, неправильної процедури похибка визначення міцності може сягати 100%, і що є особливо небезпечним, може відхилятись у сторону завищення результату. Отже, існує великий ризик виникнення похибки, що пов’язана із суб’єктивним фактором – наскільки ретельно дослідник проводить побудову градуювальної залежності. Тому дуже важливим є виклик кваліфікованих спеціалістів, з великим досвідом застосування даних методів.

В Україні поки що відсутня сертифікація спеціалістів по даному напрямку неруйнівного контролю – за браком спеціалістів найвищого рівня в центрах сертифікації, хоча застосування приладів на практиці є досить широким. І досить часто, нажаль, неправильного застосування – основна функція якого полягає в «налякуванні» працівником з технагляду виконавців робіт по виготовленню бетонних конструкцій шляхом періодичного «постукування» якимось хитрим приладом по поверхні бетонних конструкцій. З іншого боку, таке застосування також можна вважати певною мірою ефективним і таким, що приносить позитивні результати.

Наша лабораторія завжди відповідає за результат і гарантує Вам точність визначення міцнісних властивостей бетону, з готовністю довести справедливість своїх результатів випробування перед кваліфікованою комісією чи в судовому порядку.

 

Завідуючий випробувальною лабораторією УІТЦ
Ловейкін С.О.